非同期并列對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣造成的損壞及處理

亓玉福，王炳成

（泰安供電公司, 山東 泰安 271000）

引言

火力發(fā)電廠將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，一般都采用準(zhǔn)同期法并列，按此法并列，必須滿足 4個(gè)條件：（1）待并發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓大小相等；（2）待并發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓相位相同；（3）待并發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相等；（4）待并發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓相序相同。凡不符合準(zhǔn)同期條件進(jìn)行并列，即將帶勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，叫做非同期并列。非同期并列可能產(chǎn)生很大的沖擊電流，將會(huì)造成發(fā)電機(jī)及有關(guān)電氣設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。因此，必須嚴(yán)防非同期并列。

1 因非同期并列而造成發(fā)電機(jī)事故

1.1 事故經(jīng)過(guò)

2009年11月14日，山東某熱電廠按計(jì)劃啟動(dòng)#3發(fā)電機(jī)（以下稱發(fā)電機(jī)），進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電機(jī)定速后，也就是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min，發(fā)電機(jī)升壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電壓不平衡。18時(shí)20分，工作人員檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)出線室內(nèi)發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓互感器 A相高壓保險(xiǎn)熔斷，立即進(jìn)行了更換。發(fā)電機(jī)升壓至額定電壓后檢查三相電壓平衡。這時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓大小相等、相序相同、頻率相等，只等發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓相位相同時(shí)就能并列。合上發(fā)電機(jī)同期開(kāi)關(guān)，準(zhǔn)備并列時(shí)，發(fā)現(xiàn)同期裝置的頻率表、電壓表均指示“＋”方向的最大值，當(dāng)工作人員在控制盤后的端子排上用萬(wàn)用表檢查缺陷時(shí)，意外造成發(fā)電機(jī)非同期合閘，變電站側(cè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，立即停運(yùn)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)參數(shù)為：型號(hào)QFW-15-2A；額定容量15000KW；額定電壓10.5kV；額定電流1031A。變電站側(cè)保護(hù)裝置顯示短路電流為 6000A，約為發(fā)電機(jī)額定電流的6倍。

1.2 事故分析

當(dāng)變電站側(cè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)停電，做好安全措施后，立即對(duì)設(shè)備進(jìn)行了全面檢查。打開(kāi)發(fā)電機(jī)端蓋，發(fā)現(xiàn)定子繞組端部多根線棒位移達(dá)到10mm左右，固定綁扎繩多根斷裂。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出線室內(nèi)變電站側(cè)電壓互感器的 A、B相高壓保險(xiǎn)熔斷。經(jīng)分析認(rèn)為：因?yàn)樵摫ｋU(xiǎn)熔斷，二次沒(méi)有電壓，同期裝置上只有發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓，所以頻率、電壓等表指示出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。實(shí)際上工作人員曾經(jīng)用萬(wàn)用表測(cè)量出變電站側(cè)的二次電壓為9V，其實(shí)這是感應(yīng)電壓，正常電壓應(yīng)當(dāng)是100V，實(shí)際上二次回路沒(méi)有電壓。在這里順便說(shuō)明一下，同期控制盤上沒(méi)有指針式電壓表。讀取發(fā)電機(jī)和變電站兩側(cè)的電壓，需要在控制盤的顯示屏上調(diào)出數(shù)據(jù)讀取。由此，很容易判斷出是變電站側(cè)電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷。由于工作人員的疏忽，沒(méi)有檢查變電站側(cè)電壓互感器的高壓保險(xiǎn)，而是誤認(rèn)為二次回路有問(wèn)題，因此，一味的檢查二次回路，檢查過(guò)程中意外在發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓相位不相同時(shí)并列，造成發(fā)電機(jī)非同期合閘。由于短路電流通過(guò)繞組，產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，使繞組發(fā)生變形。

2 發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣損壞情況

當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)測(cè)試絕緣電阻未發(fā)現(xiàn)異常。發(fā)電機(jī)故障后試驗(yàn)：轉(zhuǎn)子繞組直流電阻、絕緣電阻；定子繞組直流電阻、絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流均合格。定子繞組絕緣試驗(yàn)情況見(jiàn)表1、表2。

表1 定子繞組絕緣電阻及吸收比測(cè)量 （M?）

表2 定子繞組直流耐壓試驗(yàn)及泄漏電流測(cè)量 （uA）

在進(jìn)行定子繞組交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，A相15.75kV，10秒鐘擊穿，測(cè)試絕緣電阻為0M?；B相兩次電壓升到14.7kV時(shí)擊穿；C相加壓15.75kV，持續(xù)1min合格（無(wú)論檢查試驗(yàn)、線棒擊穿部位查找、修后試驗(yàn)都是加壓1min絕緣不擊穿為合格）。

從以上試驗(yàn)情況看，非同期合閘只是對(duì)發(fā)電機(jī)繞組絕緣造成了損傷，并沒(méi)有使發(fā)電機(jī)繞組絕緣對(duì)地?fù)舸?，而是在交流耐壓試?yàn)的過(guò)程中，A相和B相繞組發(fā)生了絕緣擊穿。

交流耐壓試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目之一，它的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)電壓和工作電壓的波形、頻率一致，作用于絕緣內(nèi)部的電壓分布及擊穿性能比較等同于發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。交流耐壓試驗(yàn)對(duì)發(fā)電機(jī)主絕緣是比較可靠的檢查考驗(yàn)方法。由于有上述優(yōu)點(diǎn)，交流耐壓試驗(yàn)在電機(jī)制造、安裝、檢修和運(yùn)行以及預(yù)防性試驗(yàn)中得到普遍的采用，成為必做項(xiàng)目。從該發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)情況來(lái)看，絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)定子繞組的絕緣缺陷，只有交流耐壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了定子繞組的絕緣缺陷。因此，當(dāng)遇到非同期并列等異常情況，不能判斷發(fā)電機(jī)能否運(yùn)行時(shí)，必須對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

3 定子繞組絕緣擊穿部位的處理

3.1 定子繞組絕緣擊穿部位的查找

首先拆除定子端部繞組連接部位的絕緣，再用氣割割開(kāi)定子端部繞組連接焊點(diǎn)，使上下層線棒分離。拆除全部槽楔及上層繞組綁扎繩。上層線棒共計(jì)42根，按順序編號(hào)。線棒進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)變壓器的容量，將42根線棒分三部分進(jìn)行試驗(yàn)，加壓試驗(yàn)的線棒用金屬絲連在一起，非加壓試驗(yàn)的線棒短路接地，試驗(yàn)電壓為23kV。在升壓過(guò)程中擊穿的線棒，仔細(xì)觀察放電情況及部位后，停止試驗(yàn)，斷開(kāi)試驗(yàn)電源，對(duì)加壓的線棒放電，拆開(kāi)已擊穿的線棒，做好記錄，并在線棒擊穿部位做上記號(hào)。然后繼續(xù)對(duì)其他沒(méi)有擊穿的線棒試驗(yàn)，直到電壓升到23kV持續(xù)1min不擊穿為止，這一部分線棒試驗(yàn)結(jié)束。用同樣的方法對(duì)其他線棒進(jìn)行試驗(yàn)。

下層線棒進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，先將上層線棒提出槽外，拆除絕緣墊條，然后對(duì)下層線棒進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。此次交流耐壓試驗(yàn)，上下層線棒各分三部分進(jìn)行。全部線棒試驗(yàn)查出5根絕緣擊穿。其中，下層16號(hào)13kV擊穿、下層37號(hào)21kV擊穿，下層23號(hào)加壓23kV不到1分鐘擊穿；上層17號(hào)、下層22號(hào)加不上電壓，這是上次整體檢查交流耐壓試驗(yàn)時(shí)絕緣發(fā)生擊穿的緣故。線棒擊穿部位都發(fā)生在進(jìn)入槽口3cm左右處。

值得注意的是，對(duì)于大型發(fā)電機(jī)等電容量較大試品的交流耐壓試驗(yàn)，需要大容量的試驗(yàn)設(shè)備及電源，現(xiàn)場(chǎng)難以做到，在此情況下，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有不少生產(chǎn)串聯(lián)或并聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)裝置的廠家，這給現(xiàn)場(chǎng)的交流耐壓試驗(yàn)帶來(lái)很大方便。該發(fā)電機(jī)檢查試驗(yàn)和修后試驗(yàn)都是用的串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行的。但是，串聯(lián)或并聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置不能用于查找絕緣缺陷的試驗(yàn)，這是因?yàn)闊o(wú)論用串聯(lián)或并聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)絕緣擊穿時(shí)，諧振立即終止，高電壓消失。這樣，根本來(lái)不及觀察放電情況，也就不能確定放電的線棒及部位。因此，必須使用工頻試驗(yàn)變壓器查找絕緣的放電部位。由于不是整體試驗(yàn)，為了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方便，工頻試驗(yàn)變壓器的容量可適當(dāng)選的小些。

3.2 絕緣擊穿部位的狀態(tài)

發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣在交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的擊穿和在運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生的擊穿，在絕緣的損壞程度上有著很大的區(qū)別。前者是很輕微的，而后者是很嚴(yán)重的。這是因?yàn)?，試?yàn)變壓器的容量有限，擊穿電流通常在1安培以下，況且試驗(yàn)設(shè)備有過(guò)電流保護(hù)裝置，通過(guò)擊穿部位的電流時(shí)間很短，因此，試驗(yàn)狀態(tài)下的擊穿，絕緣損壞的程度是很輕微的。根據(jù)觀察，線棒絕緣損壞的痕跡只有綠豆粒大小，擊穿通道和針眼差不多。如果不對(duì)線棒進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)來(lái)確定絕緣擊穿的部位，即使將所有的線棒都提出來(lái)，用目測(cè)很難找出絕緣擊穿的部位和擊穿的根數(shù)。絕緣損壞程度輕微和嚴(yán)重，是從外觀狀態(tài)上講的，只要試驗(yàn)時(shí)（不論交流耐壓試驗(yàn)或者直流耐壓試驗(yàn)）發(fā)生絕緣擊穿，不管絕緣損壞多么輕微，是決不允許發(fā)電機(jī)運(yùn)行的。否則，發(fā)電機(jī)一旦投入運(yùn)行，立即造成接地短路，從而引發(fā)相間短路。由于電網(wǎng)容量大，短路電流很大，短路電流產(chǎn)生的高溫，短時(shí)間內(nèi)就能把擊穿部位的絕緣材料燒毀，同時(shí)也將金屬導(dǎo)體燒融化，在絕緣擊穿部位附近燒出一個(gè)很大的洞。

3.3 線棒擊穿部位的修復(fù)

線棒絕緣的修復(fù)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。對(duì)在交流耐壓試驗(yàn)中擊穿的線棒，首先用鏨子將擊穿部位的絕緣材料剔除，絕緣材料的斷面與導(dǎo)體不能垂直，而是一個(gè)傾斜面，最好制成階梯狀，剔除絕緣材料的長(zhǎng)度在15cm左右。導(dǎo)體上刷一層電機(jī)絕緣漆（浸漬漆），繞一層F級(jí)云母帶，再刷一層電機(jī)絕緣漆，如此反復(fù)進(jìn)行。直到與附近的絕緣材料厚度一致為止，最后刷一層電機(jī)絕緣漆。用1000W的碘鎢燈烘烤約24小時(shí)，烘干后，用手持砂輪修復(fù)平整。然后做23kV交流耐壓試驗(yàn)合格，線棒絕緣修復(fù)完成。

3.4 定子繞組修復(fù)步驟

（1）對(duì)在交流耐壓試驗(yàn)中擊穿的5根線棒的絕緣進(jìn)行修復(fù)，試驗(yàn)合格。（2）對(duì)定子鐵心清理雜物、除塵，做下線準(zhǔn)備。（3）下層繞組按編號(hào)復(fù)位，木楔固定，做 21kV交流耐壓試驗(yàn)。

（4）下層繞組用直徑10mm的滌玻繩綁扎。

（5）上層繞組按編號(hào)復(fù)位，用 3240絕緣板槽楔固定。

（6）上下層繞組同時(shí)做20kV交流耐壓試驗(yàn)。

（7）上下層繞組整體用直徑10mm的滌玻繩綁扎。

（8）端部繞組連接焊點(diǎn)，焊接要飽滿、無(wú)虛焊、漏焊。

（9）焊接結(jié)束，測(cè)量三相繞組直流電阻。

（10）兩端繞組連接部位主絕緣包扎恢復(fù)。

（11）烘干、浸漆（整個(gè)過(guò)程大約30小時(shí)，溫度100℃）。

做最后試驗(yàn)，進(jìn)行絕緣電阻、直流電組、直流耐壓、直流泄漏電流、交流耐壓試驗(yàn)。所有試驗(yàn)項(xiàng)目均合格后，并網(wǎng)發(fā)電。

4 防范措施

（1）遇到類似的情況需要檢查二次回路時(shí)，必須做好防止待并發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)誤合閘的安全措施。也就是斷開(kāi)待并發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)的控制電源和合閘電源，以及斷開(kāi)待并發(fā)電機(jī)同期開(kāi)關(guān)。

（2）檢查設(shè)備異常要有先后，應(yīng)先易后難，先檢查容易發(fā)生的缺陷，后檢查不易發(fā)生的缺陷；再考慮近期設(shè)備哪些部分檢修、改動(dòng)過(guò)等。

（3）電壓互感器的高壓保險(xiǎn)是最容易損壞的配件，發(fā)電機(jī)并列前應(yīng)檢查發(fā)電機(jī)與待并系統(tǒng)電壓互感器的高壓保險(xiǎn)是否完好，此次發(fā)電機(jī)事故就是發(fā)電機(jī)和待并系統(tǒng)電壓互感器的高壓保險(xiǎn)都熔斷而引發(fā)的。

[1]GB 50150-2006,電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]李建明, 朱康. 高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M]. 北京：中國(guó)電力出版社, 2001.